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视频信号处理中模数转换的应用设计

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刘本斌卫寿星

摘要：在所设计的相机系统中，对于模数转换这个重要过程，使用AD9945作为视频信号处理芯片，设计系统的时序电路。配合FPGA提供的驱动控制功能，对这个转换芯片的驱动信号进行编程，使得芯片发挥作用并取得非常效果，完成视频处理系统中的这个关键环节。

关键词：视频处理;模数转换;AD9945;FPGA

中图分类号：TP29? ? ?文献标识码：A? ? ?文章编号：1009-3044（2018）34-0264-02

数字图像处理类的应用，都是基于将传统的模拟信息转变为数字信息这一基本的原理。如数码相机与传统相机两者的原理是不同的，虽然存在本质上的差异，但是用数码相机拍出来的照片不仅同样逼真，而且数码相机的后期处理更加方便和快捷，所以现在大部分消费类电子产品应用都转为数字处理了。而在视频信号的应用中，最终成像的质量优劣，最主要的一个因素是相机的成像质量。所以在这类电子产品的电路的设计中，对感光元件输出的信号的处理就显得非常关键了。所以，就生产出了专门的芯片处理这个模拟信号转换环节，下文就在所设计的电路中使用该芯片。

1 模数转换芯片

在设计中所使用的AD9945是一款12位的高速CCD信号处理芯片，有如下几个功能模块：第一部分是处理采样的模块，这是信号处理的基础，也是它的信号链的开端;第二部分功能是对信号进行放大处理，并且提供的是可编程控制的方式，可以根据需要控制放大倍数;第三部分是恢复视频信号的直流成分的钳位电路，以使同步电平能固定不变，而不随图像信号的内容产生变化;最后一部分是模数转换器组成，前面的所有工作都是为了这最后部分的工作做的铺垫。有了这样的功能结构，使得它是一款高速信号处理芯片，最高频率可处理40 MHz的模拟信号。

2 时序电路设计

视频信号处理过程中所有的时序驱动信号的发生，包括模数转换芯片的驱动，都是由FPGA器件编程实现。模数转换芯片接收到感光元件的输入信号后，其对应的功能处理模块，即内置的直流电平恢复电路，再加一个很小的外部耦合隔直电容，使感光元件输入来的信号的直流分量与转换芯片的电平匹配。接着模数转换芯片对感光信号进行相关双采样处理，双采样能有效地防止低频噪音。然后模数转换芯片通过串行数字接口编程设置，对感光元件输入的信号的增益进行调整。通过程序调节放大倍数，使模数转换满量程信号达到均一化，因而提高视觉效果。感光信号中包含交流和直流两种信号，当感光信号被放大处理时，会丢失直流分量，所以要设计视频钳位电路，并处理相应的信号。

3 模数转换驱动设计

必须要提供各种脉冲信号给模数转换芯片，才能让其发挥正常工作，这必须由时序发生器参与，才能保证其内部寄存器有合适的值。而对这些存储器的正确赋值，才能保证发出要求的时序脉冲信号，也是对感光信号进行正确处理基础。必须要处理好如下几个方面：为了保证内部寄存器的正确赋值，要处理好串行数字接口信号;为了保证采样的准确性，要处理好相关双采样信号;为了使同步头固定在一条电平线，即同步电平不受图像内容的影响，必须要恢复它丢失的直流分量，要处理好光学暗电平钳制。

4 結束语

在所设计的系统中，通过对转换芯片的电路设计，主控芯片的软件编程，初步实现了系统的功能，发挥了这款数模转换芯片的作用。

参考文献：

[1] 吴继华，王诚.Altera FPGA / CPLD 设计（初级篇）[M].北京：人民邮电出版社，2010.

[2] 洪冰心，郑立新.一种基于FPGA的AD9945驱动设计[J].微型机与应用，2011，9.

[3] 潘松，黄继业.EDA技术与VHDL（第二版）[M].北京：清华大学出版社，2007.

[4] 邵冬冬.基于FPGA的彩色CCD荧光图像采集和驱动模组设计，硕士论文，2015.

【通联编辑：梁书】

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